頻率選擇表面天線罩研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

許媛

摘 要：天線罩主要的功能是對(duì)天線以及整個(gè)微波系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)的一個(gè)裝置，其可以有效地防止系統(tǒng)遭到環(huán)境的影響，因此，被廣泛地應(yīng)用在了無線通信領(lǐng)域之中。由于天線罩的位置靠近近場(chǎng)區(qū)，所以，無法避免將會(huì)影響到天線的性能。在對(duì)天線罩進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，便要求改善天線罩的結(jié)構(gòu)，從而確保天線罩對(duì)天線性能的影響降到最小。同時(shí)，通過改善天線罩的結(jié)構(gòu)，還能夠取得優(yōu)良的隱身效果。本文介紹了頻率選擇表面天線罩的優(yōu)勢(shì)，闡述了頻率選擇表面天線罩技術(shù)國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，并對(duì)未來頻率選擇表面天線罩的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：頻率選擇表面 天線罩 發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：TN820.81 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）07（a）-0123-02

在雷達(dá)裝置中，天線罩可以有效地使雷達(dá)避免遭受外部各種信號(hào)的干擾與影響，其擁有選擇性透波、耐高溫以及承載負(fù)荷性能優(yōu)良等特性。而在雷達(dá)的隱身技術(shù)手段之中，天線罩技術(shù)是具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的前沿性技術(shù)。在雷達(dá)隱身天線罩技術(shù)中，又可劃分為頻率選擇表面技術(shù)、極化選擇表面技術(shù)、阻抗加載技術(shù)等相關(guān)技術(shù)手段?，F(xiàn)階段，我國多采用頻率選擇表面技術(shù)作為雷達(dá)隱身天線罩技術(shù)。頻率選擇表面技術(shù)指的是在金屬的表面存在著周期性分布的一些細(xì)小縫隙，從而形成了具有濾波功能的結(jié)構(gòu)，把頻率選擇技術(shù)應(yīng)用于天線罩中，其和天線罩共同構(gòu)成了具有頻率選擇功能的裝置。

應(yīng)用頻率選擇表面天線罩具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）在雷達(dá)自身工作頻帶中的一些信號(hào)能夠通過天線罩，而處于此頻帶以外的一些信號(hào)則會(huì)被反射出去，使雷達(dá)具有相對(duì)小的散射截面，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的隱身目的。

（2）頻率選擇表面技術(shù)天線罩所擁有的外在形狀和飛行裝置原來自身的結(jié)構(gòu)非常近似，因此可以符合飛行器在飛行過程中的動(dòng)力學(xué)要求。

1 頻率選擇表面天線罩的設(shè)計(jì)

如果想要設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的頻率選擇表面天線罩，要求具備非常精準(zhǔn)的諧振頻率、較高的傳輸效率，使得頻帶以外具備非常優(yōu)良的反射性，同時(shí)針對(duì)各種頻率波的入射角具有較強(qiáng)的不敏感性。所以，在進(jìn)行頻率選擇表面天線罩的設(shè)計(jì)時(shí)，其目標(biāo)是讓所設(shè)計(jì)的頻率選擇表面相應(yīng)的諧振頻率正好處于自身雷達(dá)所設(shè)定的通訊頻率范圍之中，在整個(gè)通帶之內(nèi)使信號(hào)擁有相對(duì)優(yōu)良的傳輸性能，而在通帶之外則將全部的信號(hào)反射出去，從而讓天線罩擁有可以對(duì)頻率進(jìn)行選擇的性能。頻率選擇表面天線罩所具有頻率選擇性能和其所擁有的結(jié)構(gòu)類別、襯底材料等多種因素均有關(guān)聯(lián)。在進(jìn)行頻率選擇表面天線罩的設(shè)計(jì)時(shí)，通常會(huì)采取孔徑型的方式來實(shí)現(xiàn)。第一，要依照不同天線罩所處的環(huán)境情況，而采取適宜的介質(zhì)，通常應(yīng)當(dāng)采用擁有較低介電常數(shù)以及損耗的一些材料。同時(shí)，根據(jù)學(xué)者田文明和侯新宇對(duì)三極子縫隙單元的單層和雙層FSS結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果表明：在FSS的兩側(cè)加載介質(zhì)層可以極大改善FSS諧振頻率對(duì)不同入射角和極化狀態(tài)的穩(wěn)定性，這樣才可以使天線罩擁有較為優(yōu)良的透波特性。第二，對(duì)于結(jié)構(gòu)形狀的選用，考慮到頻率選擇天線罩通常是曲面構(gòu)造。所以，所采用的結(jié)構(gòu)單元應(yīng)當(dāng)可以應(yīng)對(duì)較大范圍的入射角改變，因此，多采用一些具有自對(duì)成型的形狀。另外，不同的結(jié)構(gòu)縫隙值大小，同樣會(huì)對(duì)諧振的頻率產(chǎn)生影響。當(dāng)縫隙值相對(duì)小時(shí)，所產(chǎn)生的諧振頻率較低。而當(dāng)縫隙值相對(duì)大時(shí)，所產(chǎn)生的諧振頻率則較高。

2 頻率選擇表面天線罩的研究現(xiàn)狀分析

2.1 國外研究現(xiàn)狀分析

20世紀(jì)60年代，美國科學(xué)家對(duì)頻率選擇表面技術(shù)所涉及的電磁場(chǎng)計(jì)算進(jìn)行了極大簡化，使得頻率選擇表面天線罩技術(shù)得到了進(jìn)一步完善，并建立了相應(yīng)的理論基礎(chǔ)。在隨后的10年中，科學(xué)家又對(duì)T型結(jié)構(gòu)單元以及十字型結(jié)構(gòu)單元的頻率選擇表面技術(shù)進(jìn)行了深入的探索與研究，同時(shí)在1974年間生產(chǎn)了全世界范圍內(nèi)首個(gè)雷達(dá)天線罩。在20世紀(jì)80年代初期，在飛機(jī)中大量的隱身技術(shù)被推廣與應(yīng)用，使得頻率選擇表面天線罩也得到了極大的發(fā)展，頻率選擇表面天線罩的仿真與模擬技術(shù)也不斷發(fā)展。單從可以查詢到的科研文獻(xiàn)來分析，目前美國與英國在頻率選擇表面天線罩技術(shù)方面處于世界領(lǐng)先水平。對(duì)于頻率選擇表面天線罩的研究方法，也已取得了進(jìn)一步的創(chuàng)新與完善。

2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀分析

因?yàn)槲覈鴮?duì)頻率選擇表面技術(shù)是在20世紀(jì)末期才逐漸開始的，相對(duì)于歐美國家來說起步較晚。因此，相對(duì)來說整體的技術(shù)水平不高，多數(shù)的研究是針對(duì)一些性能較為穩(wěn)固的新結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行研究，先后提出了改進(jìn)型的Y型孔結(jié)構(gòu)單元及啞鈴型的結(jié)構(gòu)單元。通過對(duì)不同結(jié)構(gòu)單元的改進(jìn)，使得不同入射角所導(dǎo)致的透射差問題得以有效解決。

3 頻率選擇表面天線罩的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 智能頻率選擇表面天線罩

通常情況下，飛行器搭載的雷達(dá)以及導(dǎo)彈所搭載的雷達(dá)，會(huì)在其處于平飛的狀態(tài)下關(guān)閉天線裝置，而當(dāng)其靠近所設(shè)定的目標(biāo)的時(shí)候，才將所搭載的雷達(dá)開啟。然而，很多的飛行器在其平飛階段，又非常容易被監(jiān)測(cè)到。而通過安裝智能頻率選擇表面天線罩，則能夠保障雷達(dá)裝置在平飛時(shí)一直是隱身的狀態(tài)?，F(xiàn)階段，雷達(dá)所使用的智能隱身技術(shù)有頻率選擇表面技術(shù)、拋撒金屬技術(shù)、等離子體技術(shù)等。當(dāng)采用拋撒金屬技術(shù)時(shí)，具有相對(duì)好的隱身作用。不過，當(dāng)飛行器狀態(tài)切換時(shí)，所形成的部分拋撒物質(zhì)對(duì)飛行器的發(fā)動(dòng)裝置會(huì)有一定的損傷。等離子體天線罩目前依然在研究開發(fā)過程中，其所擁有的功率相對(duì)較低、自身的體積也較大，這些均影響了該技術(shù)的應(yīng)用，而頻率選擇表面天線罩的智能化是最佳的選擇。不過，若是雙方的雷達(dá)所采用的工頻較為相近時(shí)。很難使雷達(dá)擁有較優(yōu)良的隱身效果。因此，應(yīng)當(dāng)逐步研發(fā)智能頻率選擇表面天線罩，從而使天線罩的性能得到不斷改進(jìn)與完善。

3.2 厚屏頻率選擇表面天線罩

要是將頻率選擇表面天線罩依照不同的厚度進(jìn)行劃分，其可劃分成薄屏頻率選擇表面天線罩與厚屏頻率選擇表面天線罩。通常情況，工程上應(yīng)用的厚屏頻率選擇表面天線罩，所采用的金屬厚度幾乎達(dá)到了厘米級(jí)別。在厚屏頻率選擇表面天線罩中，還填充上了相應(yīng)的介質(zhì)，其可以有效改善中心頻率的透過率以及頻帶寬度，擁有非常優(yōu)良的性能。

3.3 微型化頻率選擇表面天線罩

采用微型化的頻率選擇表面天線罩，可以使天線罩的體積明顯減小，并可以使天線罩對(duì)于信號(hào)入射角的要求更低，能顯著改善曲面天線罩所擁有的性能。目前，所應(yīng)用的天線罩自身形狀通常是無法展開的一些二次曲面，因此必然存在一些非平面波的入射面。而此時(shí)就可以通過微型化頻率選擇表面，來促使天線罩的單元結(jié)構(gòu)大小不會(huì)受到工作波長大小影響，使天線罩擁有更強(qiáng)的不敏感性。

4 結(jié)語

現(xiàn)階段，我國對(duì)于頻率選擇表面天線罩的研究水平相對(duì)較低，因此應(yīng)當(dāng)對(duì)國外已研發(fā)的成果進(jìn)行收集與梳理，在此基礎(chǔ)上對(duì)頻率選擇表面天線罩進(jìn)一步創(chuàng)新與完善，使其中所存在的問題得以有效解決，確保頻率選擇表面天線罩擁有更優(yōu)的角度穩(wěn)定性、低損耗性等優(yōu)良特性，促進(jìn)我國頻率選擇表面天線罩技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展。

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